双系统高动态导航接收机基带技术研究与实现

论文摘要

随着卫星导航系统的不断发展和完善,多系统兼容卫星导航接收机的研制已经成为主流研究方向。而且具有高动态性能的接收机已经得到了军事领域的广泛应用。本课题研制的接收机就是GPS/GLONASS双系统兼容的、具有高动态性能的卫星导航接收机。同时接收机还具备快速捕获、热启动、授时、自主完好性检测功能。本文主要从理论出发,结合实际研发过程,详细地论述了接收机捕获、跟踪算法、授时算法、载波相位平滑算法、自主完好性监测算法的理论分析、方案设计、性能分析、算法实现等各方面情况。选择FPGA+DSP的硬件平台,来完成双系统高动态导航接收机的整体方案设计。FPGA主要完成信号的解扩、解调。DSP主要完成接收机位置速度钟差解算（PVT）、授时功能,同时环路放到了DSP中,捕获策略也在DSP中完成。本文还对用FPGA实现的一些重要模块进行了Modelsim仿真,并通过模拟源测试高动态场景下环路的跟踪情况,验证了设计方案的可用性。分析了卫星导航系统的授时理论,结合具体的工程实现,制定了具体的授时方案。通过与美国Javad公司的JNS100板比对,该授时方案可以达到±50ns的授时精度,满足设计指标要求。除此之外,还介绍了接收机采用的自主完好性监测算法,分析了加入授时后的载波相位平滑伪距算法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外发展动态
• 1.3 课题研究内容
• 2 原理概述与总体方案设计
• 2.1 卫星信号结构
• 2.1.1 GPS卫星信号结构
• 2.1.2 GLONASS卫星信号结构
• 2.2 定位原理
• 2.2.1 定位原理
• 2.2.2 伪距修正
• 2.3 总体方案设计
• 2.3.1 接收机主要技术性能指标
• 2.3.2 双系统高动态接收机方案设计
• 3 卫星导航接收机捕获算法研究及实现
• 3.1 高动态下多普勒效应对卫星信号的影响
• 3.2 卫星信号的捕获
• 3.2.1 时域滑动相关捕获
• 3.2.2 基于FFT的快速捕获算法
• 3.2.3 基于FFT的快速捕获算法的实现
• 4 卫星导航接收机跟踪环路设计及实现
• 4.1 锁相环的基本理论
• 4.2 载波跟踪环设计
• 4.2.1 科斯塔斯环（Costas）
• 4.2.2 锁频环（四相）
• 4.3 伪码跟踪环设计
• 4.4 高动态下载波跟踪方案
• 5 卫星导航接收机授时算法研究及实现
• 5.1 卫星导航系统授时原理
• 5.1.1 时间系统
• 5.1.2 授时原理
• 5.2 一种精确授时算法研究与实现
• 5.2.1 1PPS信号产生
• 5.2.2 授时环路
• 5.2.3 环路外控制方案
• 5.3 定位频率提高对授时的影响
• 5.4 性能分析
• 6 载波相位平滑伪距算法研究与实现
• 6.1 载波相位平滑伪距
• 6.2 实现方法与测试结果
• 7 自主完好性监测
• 7.1 故障检测
• 7.2 故障识别
• 7.3 故障检测的可用性
• 8 定位测试结果
• 9 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢